ソリダイム™ SSD 購入者向けガイド: ソリッドステート・ドライブを購入する前に知っておくべきこと

ノートブック PC を起動し、アプリケーションを立ち上げ、大容量のファイルを開く。このすべてをあっという間に実行できる、こんな 1 日の始まりを思い浮かべてみてください。興味をそそられませんか？では、このスピードを実現するために大きな役割をになっているのは、コンピューターのどの部分でしょう？「ソリッドステート・ドライブ (SSD)」 と答えていれば正解です。 たとえ使用するプロセッサーが1秒間に数十億サイクルを処理できたとしても、高速なストレージがなければ、データ待ちが発生する可能性があります。

PC 用ストレージ

SSD とは？SSD とは、ソリッドステート・ストレージと呼ばれるデバイスのことです。アクチュエーター・アームを動かし回転式ディスクを読み取るハードディスク・ドライブ (HDD) とは異なり、可動部品がありません。そのため SSD は HDD よりも高速になります。また、故障しやすい機械部品がないことも、SSD の信頼性を高める要因です。

図1. フォームファクターで見る SSD と HDD の相対的な比較

上記の図 1 に示すとおり、SSD は HDD よりもサイズが小さく、システムの実装スペースを大幅に縮小し、消費電力を削減することができます。容量にもよりますが、通常は HDD の方が低い価格帯で提供されています。とはいえ、図 2 から分かるように、その差は縮まりつつあります。[1]

図 2. Wikibon の予測: 2026年頃には SSD の価格が HDD の価格を下回る。[1]

現在 SSD に採用されているのは、システムの電源がオフになってもデータを保持するストレージ技術の 1 つ、NAND フラッシュ・テクノロジーです。NAND フラッシュは、リード / ライト、消去を高速で実行する高密度ストレージを特長としています。[2]

SSD の低価格化が進んだことから、PC メーカーは主要ストレージドライブとして HDD の代わりに SSD を搭載するようになりました。大型のゲーミングマシンも今では最初から SSD を搭載して出荷されます。デスクトップ PC の中には、ブートドライブとして SSD を、大容量のストレージメディアとして HDD をインストールするというように、両方を備えたものもあります。[3]

SSD テクノロジー

SSD 内部の NAND フラッシュは、トランジスター (セルとも呼ばれる) を使用し、情報を 2 進数のビットとして格納します。SSD は不揮発性のため、電源をオフにしても情報は保持されます。1980年代後半に登場した初の不揮発性 NAND フラッシュは、シングルレベル・セル (SLC) でした。1 セルに 1 ビット格納し、1 か 0 を示す 2 レベルの電荷を持ちます。[4]

NAND の進化

NAND フラッシュの初期コストは高額で (1991年当時の SSD の価格は 1GB 当たり 5 万ドル、現在は 1GB 当たり 0.10 ドルと大幅に低価格化)[5, 6]、ユーザーが保存するデータ量もかつてないほど増え続けていた状況を受け、フラッシュの製造メーカーは、NAND フラッシュセル 1 つに保存できる電荷数を増やそうと努めました。

これにより、1990年代後半にはマルチレベル・セル (MLC) NAND が開発されています。2010年頃にはトリプルレベル・セル (TLC) NAND とクアッドレベル・セル (QLC) NANDも市場に登場し、さらに大容量のストレージが低コストで提供されるようになりました。これまではセルが高密度になるほど演算速度は遅くなり、セルの消耗も早まる傾向にありましたが、製造メーカーの技術革新によって、この 2 つの問題は解消され、現在コンシューマー向け SSD として最も普及している NAND フラッシュ・テクノロジーは、最高密度を誇る TLC と QLC NAND となっています。[7]

フラッシュタイプの違いを以下にまとめています。

• SLC: 1 セル当たり 1 ビットを格納、電荷は 2 レベル。
• MLC: 主に 1 セル当たり 2 ビットを格納、電荷は 4 レベル。
• TLC: 1 セル当たり 3 ビットを格納、電荷は 8 レベル。

モバイルデバイスの進化に伴い、フラッシュ製造メーカーは NAND フラッシュの実装面積を縮小しようと取り組み、2012年に 3D NAND フラッシュが登場しました。このテクノロジーでは、セルを垂直方向に多層に積み重ねることで高密度化を実現しています。

インターフェイス・テクノロジー 

最初のフラッシュベース SSD では、従来のパラレル ATA (PATA)、シリアル SCSI (SAS)、シリアル ATA (SATA) といった、いずれも HDD ストレージ用に設計された、物理インターフェイス、プロトコル、フォームファクターを採用していました。このアプローチは、既存の PC システムの変更を最小限に抑えることができるものの、どのインターフェイスもプロトコルも、高速ストレージメディア用に設計されたものではありません。SSD の速度が上がるにつれて、これらのインターフェイスがパフォーマンスのボトルネックになりました。

SSD をさらに高速化しようと、製造メーカーは高速コンポーネントの接続に特化して開発されたインターフェイス規格 PCI Express (PCIe) へと切り替えました。PCIe 規格は 2003年に導入され、2000年代中頃には PC の大半が PCIe スロットを搭載して出荷されるようになり、現在 SSD の大多数が PCIe 3.0 または PCIe 4.0 で動作しています。商用製造は最新規格よりもやや遅れる傾向にある点にご注意ください (表1を参照)。[8]

表1. PCIe 世代と速度[9]

PCIe スロットの物理構成には、x1、x4、x8、x16、x32 のタイプがあります。 x の後の数字は、PCIe スロットのレーン数 (PCIe カードとデータのやり取りを行う方法) を表しています。例えば、PCIe x4 には 4 つのレーンがあります。データは各レーンで直列に転送されますが、並列に走るレーンの数が多いほど、データの転送速度は高くなります。 コンシューマー向け SSD では、通常、2 個または 4 個の PCIe レーンに対応しています。

NVM Express (NVMe) は、PCIe バス経由で高速データ転送を可能にするために開発された高性能プロトコルです。 NVMe プロトコルは、並列型の低レイテンシー PCIe データパスを活用します。NVMe プロトコルを伝送する PCIe バスは「PCIe NVMe」と呼ばれますが、単に「PCIe」または「NVMe」と記載されることもあります。

フォームファクター

SSD はさまざまなインターフェイスに加えて、多様なフォームファクターで提供されています。 HDD を交換したり、現在使用している SSD をアップグレードする場合は、PC のマニュアルを参照して、そのシステムにはどのフォームファクター、インターフェイス、データ転送プロトコルが必要かを確認してください。ほとんどの場合、SSD のフォームファクターは 2.5 インチ SSD または M.2 SSD のどちらかです。

図3. 2.5 インチ SSD と M.2 フォームファクター SSD の例

M.2 SSD の最も一般的なバス・インターフェイスは、NVMe プロトコルを伝送する PCIeです。 ただし、SATA インターフェイスの M.2 SSD もあります。 2.5 インチ SSD は、SATA インターフェイスで SATA プロトコルを伝送する場合も、PCIe インターフェイスで NVMe プロトコルを伝送する場合もあります。表 2 は、フォームファクターと一般的なインターフェイスおよびプロトコルを示しています。

表 2. 一般的なインターフェイスとフォームファクター

耐久性

NAND フラッシュは、そのアーキテクチャー上、耐久性に制限があります。つまり、NAND を書き換える (プログラムする) ことができる回数に上限があるため、その回数を超えると書き込み (プログラム) は難しくなり、その結果として書き込みエラーや読み出しエラーが発生するということです。ただ NAND フラッシュ・テクノロジーも進化を遂げ、ユーザーが最新の TLC/QLC 方式 NAND SSD の信頼性が問題になるほど書き込みを実行する確率は低くなっていると言えるでしょう。

例えば、耐久性 370 TBW の 1TB ソリダイム™ 670p SSD の場合、読み取り / 書き込みエラーが顕著になるまで、5 年間の保証期間にわたって毎日 200GB 以上の書き込みができることに相当します。これは 5 年間にわたって 1 日に 3 万 3,700 枚以上の写真 (各 6MB の jpeg) を取り込む、1 日に 22 万 5,000 ファイルのドキュメント (1 件 900KB) を保存、または 1 日に 13 回 Dota 2 ゲーム (15GB) をインストールする処理に換算できます。 [10]

通常は製造メーカーによって SSD の書き込みテラバイト数 (TBW) と保証期間が仕様として明記されます。例えばソリダイムでは、2TB のソリダイム™ 670p SSD の仕様を 5 年間の保証期間、 740TBW と定めています。

書き込みテラバイト数 (TBW) は、SSDの書き込み耐久性を評価する指標です。

TBW はドライブの耐用期間にわたって SSD に書き込めるデータの量を表します。 例えば、5 年間保証、370 TBW と仕様に定められた 1TB ドライブの場合、5 年間にわたって毎日 200GB 以上の書き込みが可能ということになりますが、これはほとんどのユーザーが到達できないような途方もない数字です。 信頼性NAND フラッシュのセル密度が高くなる (セル同士の間隔が狭くなる) と、読み出し / 書き込みエラーの発生頻度も増加します。

このエラーを排除する機能が、SSD に実装されている誤り訂正コード (ECC) ソフトウェアです。SSD の業界標準では、訂正不可ビット誤り率 (UBER) を 1,000 兆分の 1 (10 の 15 乗分の 1) という、非常に低いしきい値以下に維持することが要件とされています。

例えば 2TB のソリダイム™ 670p シリーズの場合、UBER 仕様を見ると、エラー発生率が 10^15 ビットのリードにつき 1 セクター未満となっていることが分かります。

通常、コンシューマー向けアプリケーションでは SSD の仕様で定められた書き込み耐久性のしきい値に達することはなく、ECC ソフトウェアがエラーを制御するため、耐久性と信頼性が問題になることはありません。フラッシュの未来 現在、ノートブック PC とデスクトップ PC 向けの SSD に最も広く採用されているのは TLC です。

とはいえ第 4 世代となった QLC の勢いも増しています。

QLC のテクノロジーと製造工程が進化するとともに、速度と耐久性は TLC のレベルに近づきつつあります。 フラッシュの製造メーカーは、HDD を越えて SSD のパフォーマンスを向上させるべく、革新的な方法の発見に取り組んでいます。 ソリダイムでは SSD のファームウェアに新たなキャッシング手法を実装することでシーケンシャル・リード / ライトのパフォーマンス向上を図っていますが、これもその取り組みの一例です。 また、格納と取得の処理速度を高める、キューイング、ホスト制御のキャッシング、プリフェッチといった機能を備えた新しいストレージドライバーにも投資しています。

図5. テクノロジー別に示した NAND フラッシュの特性

最適な SSD の選択

以下の質問に答えることで、最適な SSD を選択するために必要な情報をまとめることができます。

1. PC のプロファイルと用途は？
2. 用途に応じた SSD 機能の優先順位は？
3. HDD から SSD、あるいは現在の SSD から別の SSD にアップグレードする場合は、使用している PC のバス・インターフェイス、データ転送プロトコル、フォームファクターの要件を教えてください。(PC のマニュアルを確認することをお勧めします。)
4. 信頼している製造メーカーは？
5. サードパーティーによるレビューを参考に、自分の選択に間違いがないかを検証できるか？

1. PC のプロファイル

PC をどのような用途に使うのか理解することが、最適な SSD を判断するうえでの第 1 ステップです。ここでは典型的なユーザーのタイプ別に例を挙げています。どのタイプに当てはまりますか？

• 小規模ビジネスのオーナー: Microsoft Office や Adobe Creative Suite などの生産性アプリケーションを使用するか？ PC で大容量ファイルを開いたり保存したりするか？ セキュリティを強化するために、暗号化を必要とする規制要件があるか？
• コンテンツ制作などのクリエーター: コンテンツを作成するか？ 写真家、ビデオ編集者、エンジニアのように、ストレージドライブに大容量ファイルを保存するなどの書き込み負荷の高い作業をするか？
• ゲーマー: システムにどのくらいの数のゲームを保存するか？ パフォーマンスをどのくらい重視するか？
• 学生: 扱うのは主に小容量のファイルですか？ それとも、コンピューター・サイエンスやエンジニアリング専攻の大学生のように、大容量ファイルの保存が必要になる可能性はありますか？

2. SSD 機能の優先順位は？

PC のプロファイルが決まったら、次は SSD の機能に優先順位をつけます。このセクションでは、検討すべき機能と属性 (コストなど) について簡単に説明します。

妥当な SSD の容量は？

コンシューマー向けの PC システムであれば、SSD の容量は 120GB ～ 2TB の範囲が一般的です。以下に、

ユーザー別に見た容量に関する注意点を説明します。

• 小規模ビジネスのオーナー (256GB 以上): 256GB の容量の SSD があれば、オペレーティング・システムを保存するスペースが確保できます (Windows 10 は約 20GB、macOS は約 35GB)。[11] また、頻繁に使用するプログラムやファイルのためのスペースも十分です。拡張できる余裕を残せるように、512GB の SSD を推奨します。
• コンテンツ制作などのクリエーター (1TB以上): 容量 1TB 以上の SSD があれば、ビデオ編集やエンジニアリングのワークフローは円滑に進みます。プログラムやプロジェクト・ファイル、バックアップ・イメージを保存するためのスペースも確保できますが、コンテンツ制作には 2TB を検討したほうが十分な容量を確保できるかもしれません。
• ゲーマー (1TB 以上): PC ゲームの多くは、約 40GB ～ 50GB のストレージを占有します。容量 1TB の SSD であれば、オペレーティング・システムと多種多様なゲームを保存する十分なスペースを確保できます。
• 学生 (256GB 以上): 学生に必要な SSD のサイズは、何を学んでいるかによって異なります。256GB の SSD があれば、(比較的小さいファイルを扱う) 高校生や一般教養教育課程の大学生には十分でしょう。(比較的大容量のファイルを扱う) コンピューター・サイエンスやエンジニアリング専攻の大学生には、1TB 以上の SSD が必要になるかもしれません。

予算はどれくらい？

予算を決める際は、総保有コスト (TCO) で考えます。高速ストレージを選択することで、どれだけの時間を節約できるでしょうか。コンテンツ制作に Adobe Premiere Pro、Lightroom、Photoshop などのソフトウェアを使用し、インポート / エクスポート時間を短縮できるのであれば、高性能 SSD は十分に有益な投資となるでしょう。同様に、大容量 SSD ならば大量のファイルを保存できるため、ここでも時間の節約につながります。

高い耐久性といった特長があれば、安心感も高まります。また、ハードウェア暗号化の機能があると、データ損失のリスクを低減できます。

データ保護の手段は？

PC の紛失や盗難による流出からデータを守ることは重要な責任です。セキュリティー強化を求めるユーザーは、ハードウェアまたはソフトウェアによる暗号化を検討する必要があります。

ハードウェア・ベースの暗号化を必要とする場合は、対応する SSD を探しましょう。このタイプの SSD では、書き込みと同時にデータは暗号化され、読み込み時に暗号が解除されます。自己暗号化ドライブの欠点は、コストが高くなることです。[12] データの暗号化は、PC のプロセッサーではなくドライブによって行われるため、パフォーマンス低下の影響はありません。[13]

ソフトウェア・ベースの暗号化を必要とする場合、選択肢はたくさんあります。例えば BitLocker ドライブ暗号化は Windows OS に組み込まれた機能です。ただし、ソフトウェア・ベースの暗号化の場合、ハードウェア・ベースと比べるとパフォーマンス低下が見られます。[14]

SSD の保護にソフトウェア・ベースまたはハードウェア・ベースいずれの暗号化を使用するとしても、強力なパスワードを設定して定期的に変更する措置は欠かせません。クラウドベースのパスワード・マネージャーを使用すると、パスワードが解読されにくくなり、(机の上に置いた付箋ではなく) クラウド上に安全に保存され、定期的に変更されるようになります。[15]  また、リカバリーキーのバックアップを取っておくことも重要です。[16]

暗号化済みの SSD をアップグレードまたは交換するタイミングが来たら、古い HDD/SSD のクローンを作り新しい SSD に保存することで、データとシステム構成を移行することができます。その際には、必ず新しい SSD の方が古いドライブよりも容量が大きいことを確認してください。パスワードまたは暗号化キーを使用して SSD のロック解除が必要になります。サードパーティーのソフトウェアを使用して、古いディスクから新しいディスクへコンテンツを転送することも可能です。ディスクのクローン作成には、フリーのソフトウェアから有料のものまで、豊富な選択肢がそろっています。[17]

期待するパフォーマンスのレベルは？ 

PC の起動や大容量ファイルを開くときに長く待ちたくないのは当然のことです。とはいっても、高度なパフォーマンスを求めるならばコストもかかるため、自分の PC 用途に相応しい性能レベルを理解しておくことが賢明でしょう。

SSD やシステムに記載されている仕様を確認する際、SSD の仕様の一部として、以下のカテゴリーの数値 (単位は括弧内) が明記されていることに気付くと思います。これらは SSD の「4 つの指標」と呼ばれる数値です。

• ランダム 4K リード (1秒当たりの入力 / 出力操作数 (IOPS))
• ランダム 4Kライト (IOPS)
• シーケンシャル・リード (MB/s)
• シーケンシャル・ライト (MB/s)

シーケンシャルとランダムのリード / ライト・パフォーマンス指標は、ストレージのさまざまな使用方法でのパフォーマンスを表す数値です。シーケンシャル・リード / ライトの速度は、PC が大容量ファイルにアクセスする速度や、転送速度を示します。シーケンシャル・リード / ライトの割合が高ければ、コンテンツ制作者のプロファイルに合致します。ランダムリード / ライトの速度は、PC がランダムな場所にある比較的小さいファイルの読み書きに要する速度です。ランダムリード / ライトの割合が高ければ、小規模ビジネスのオーナーや学生のプロファイルに合致します。リードとライトのワークロードの割合 (シーケンシャルとランダム) はユーザーによってそれぞれ異なります。

SSD の製造メーカーは、合成生成した多様なパラメーターによってドライブに負荷を加え、パフォーマンス仕様を取得します。この結果は技術的に正確ではあるものの、通常ならばリード / ライト処理が混在するワークロードで作業するユーザーの実環境が反映されていない場合も考えられます。製造メーカーが公表している性能データの中には、合成データを使用した条件下でのみ取得した数値も含まれているため、SSD を購入しても期待通りのパフォーマンスが得られないことがあります。

必要なパフォーマンスを確実に手に入れるには、サードパーティーによる検証結果の参照をお勧めします。小規模ビジネスのオーナー、コンテンツ制作者、ゲーマーなどのユースケースを模倣した実環境のワークロードで検証を行っている、サードパーティーの評価機関やレビュアーを探してみてください。[18] 単一の速度結果のみを購入理由として提示しているレビュアーには注意が必要です。リード処理中心、ライト処理中心、両方が混合するワークロードなど、さまざまなユースケースの微妙な違いを考慮しているサードパーティーのレビュアー評価を参考にしてください。推奨するサードパーティーの SSD 評価機関には、AnandTech、HotHardware、Legit Reviews、PC Perspective、Tom's Hardwareなどのウェブサイトが含まれます。

高性能 SSD によって作業効率が上がる作業のタイプは？

PC システムにどのような SSD が搭載されているかによって、ユーザー体験は大きく左右されます。SSD が適切であれば、システムの起動、アプリケーションの立ち上げ、ファイルの転送などのタスクが高速化します。ウェブサイトのブラウジング、音楽や動画のストリーミング再生など、ストレージに依存しないタスクがある点にも注意が必要です。期待する要件と SSD の機能を一致させ、パフォーマンス向上につなげてください。

優先順位のまとめ

表 3 では、小規模ビジネスのオーナー、コンテンツ制作者、ゲーマー、学生のユーザータイプ別に、容量、コスト、セキュリティー、パフォーマンスに対する優先度を示しています。完全性を期すために、この表には耐久性、保証、信頼性の項目も含まれていますが、最近の SSD 製品の大半は、コンシューマーのワークロードに対して十分すぎるほどの耐久性と信頼性を備えています。

この例では、ドット 3 つが「優先度: 高」、ドット 2 つが「優先度: 中」、ドット 1 つが「優先度: 低」を示しています。同じリストをご自身専用に作成すると、どの機能や特性が「必須」であるのかを特定し、妥協点を割り出せるはずです。

表 3. ユースケース別に見た機能 / 特性の優先順位

現在使用中のシステムをアップグレードする場合は、PC のマニュアルに記載されているフォームファクター、インターフェイス、プロトコルを確認してください。

優先順位の例: 小規模ビジネスのオーナーの場合

このセクションでは、小規模ビジネスのオーナーが、機能の優先順位をどのように決定するのかを見ていきます。このユーザーの要望は PC 体験の高速化であり、ハードウェア・レベルの暗号化も必要としています。 

例として、ソリダイム™ 670p シリーズの仕様一覧を検討しているとしましょう。オフィスワーカーが注目すべきは、次のような指標です。[19]

• シーケンシャル・リード: 最大 3,500MB/s
• シーケンシャル・ライト: 最大 2,700MB/s
• ランダム 4KB リード: 最大 310k IOPS
• ランダム 4KB ライト: 最大 340k IOPS

パフォーマンスに関しては問題なさそうですが、この小規模ビジネスのオーナーは、パフォーマンスを確認するにはサードパーティーによる検証結果が最も有効だと知っています。この SSD 製品を高く評価しているサードパーティーの検証結果を 3 件見つけました。[20]

• AnandTech、「推奨」
• Legit Review、「グッドバリュー賞」
• Tom’s Hardware、「エディターズ・チョイス」

これでニーズに対して申し分ないパフォーマンスが備わっていると確信できました。続けてこの SSD についてさらに詳しく調査したところ、AES-512 ハードウェア暗号化に対応していることが分かりました。求めていた機能です。このケースでは新しい PC の購入を検討しているため、システムをアップグレードする場合ほど、フォームファクター、インターフェイス、プロトコルが一致しているかこだわる必要はありません。ただし、ソリダイムのドライブに「PCIe 3.0 x4」インターフェイスが備わり、フォームファクターが「M.2 22x80 mm」である点に注目しました。これでソリダイム™ 670p シリーズに選択肢が絞り込まれます。

ソリダイム: 最適な SSD ソリューション

新しいノートブック PC を購入するにしても、動作の遅い PC のトラブルシューティングをするのであっても、最適な SSD を選択することで、どの程度 PC 体験を高速化できるのか理解しておく必要があります。 

ご自身の PC プロファイルと用途について理解することから始めてください。これにより、ユーザー体験で最も重視する SSD の機能や特性に優先順位をつけることができます。妥協しなければならないトレードオフもあると想定しますが、多くの場合、低コスト、高パフォーマンス、大容量のいずれかで判断することになるでしょう。 

技術力に定評があり、サポートが充実している SSD 製造メーカーの選択をお勧めします。業界のエキスパートがオンラインで公開している SSD 関連のレビューを読み、メーカーの仕様を検討してください。詳細に調べることで、期待するニーズを満たす、あるいはそれ以上の高速 PC 体験が手に入るはずです。

ストレージ・テクノロジーと SSD について、詳しくは solidigm.comをご覧ください。